Основные термодинамические процессы

Изучение термодинамического процесса заключается в определении работы, совершаемой газом в этом процессе, изменения внутренней энергии, количества теплоты и установлении прочих связей между параметрами термодинамического процесса.

Рассмотрим закономерности изменения параметров для основных термодинамических процессов.

Изохорный процесс

Изохорным называют термодинамический процесс, протекающий при постоянном объеме.

Количественные характеристики изохорного процесса можно получить из уравнения состояния

Основные термодинамические процессы - №1 - открытая онлайн библиотека ,

откуда

Основные термодинамические процессы - №2 - открытая онлайн библиотека .

Поскольку в изохорном процессе V = const, то

  Основные термодинамические процессы - №3 - открытая онлайн библиотека и Основные термодинамические процессы - №4 - открытая онлайн библиотека , (13)

то есть, давление, оказываемое газом на стенки сосуда, при изохорном процессе пропорционально температуре (закон Шарля). Зависимости (13) есть уравнения изохорного процесса.

На p – V диаграмме изохорный процесс отобразится прямой линией, параллельной оси ординат, называемой изохорой (рис. 6).

Основные термодинамические процессы - №5 - открытая онлайн библиотека

Рис. 6

Так как при изохорном процессе Основные термодинамические процессы - №6 - открытая онлайн библиотека , то и Основные термодинамические процессы - №7 - открытая онлайн библиотека , то есть не совершается никакой работы по преодолению внешних сил. Тогда первый закон термодинамики запишется как

Основные термодинамические процессы - №8 - открытая онлайн библиотека ,

то есть вся подведенная теплота расходуется на увеличение внутренней энергии (температуры) газа.

Изобарный процесс

Изобарным называют термодинамический процесс, протекающий при постоянном давлении. Первый закон термодинамики для этого процесса будет иметь вид

Основные термодинамические процессы - №9 - открытая онлайн библиотека

или

Основные термодинамические процессы - №10 - открытая онлайн библиотека .

Из характеристического уравнения при постоянном давлении получим

  Основные термодинамические процессы - №11 - открытая онлайн библиотека или Основные термодинамические процессы - №12 - открытая онлайн библиотека , (14)

то есть, при изобарном процессе объем, занимаемый массой газа, прямо пропорционален температуре (закон Гей-Люссака). Графически изобарный процесс отобразится прямой линией, параллельной оси абсцисс – изобарой (рис. 6).

Для одного килограмма газа при изобарном процессе можно записать:

· количество подведенного тепла Основные термодинамические процессы - №13 - открытая онлайн библиотека ;

· изменение внутренней энергии Основные термодинамические процессы - №14 - открытая онлайн библиотека ;

· работа по преодолению внешних сил Основные термодинамические процессы - №15 - открытая онлайн библиотека .

На основании характеристического уравнения (уравнения состояния) Основные термодинамические процессы - №1 - открытая онлайн библиотека можно записать

Основные термодинамические процессы - №17 - открытая онлайн библиотека .

Можно оценить, какая приблизительно часть подводимой тепловой энергии при изобарном процессе расходуется на увеличение внутренней энергии, а какая – на совершение работы. Из уравнения Основные термодинамические процессы - №18 - открытая онлайн библиотека запишем

Основные термодинамические процессы - №19 - открытая онлайн библиотека ,

где k – показатель адиабаты.

Для двухатомного газа показатель адиабаты k = 1,4, тогда

Основные термодинамические процессы - №20 - открытая онлайн библиотека .

То есть меньше трети (0,285 или 28,5 %) подведенного тепла при изобарном процессе расходуется на совершение работы, остальное (71,5 %) идет на увеличение внутренней энергии газа.